Về khối lượng, các hạt bụi rắn chiếm một phần không đáng kể trong Vũ trụ, nhưng chính nhờ bụi liên sao mà các ngôi sao, hành tinh và những người nghiên cứu không gian và chỉ đơn giản là ngưỡng mộ các ngôi sao đã nảy sinh và tiếp tục xuất hiện. Bụi vũ trụ này là loại vật chất gì? Điều gì khiến người ta trang bị cho những chuyến thám hiểm vào không gian tiêu tốn ngân sách hàng năm của một quốc gia nhỏ với hy vọng chứ không phải niềm tin chắc chắn vào việc khai thác và mang về Trái đất ít nhất một nắm bụi liên sao nhỏ?
Giữa các ngôi sao và hành tinh
Trong thiên văn học, bụi được gọi là bụi nhỏ, có kích thước bằng một phần micron, chất dạng hạt bay ngoài vũ trụ. Bụi vũ trụ thường được chia thành liên hành tinh và liên sao, mặc dù rõ ràng là việc xâm nhập giữa các vì sao vào không gian liên hành tinh không bị cấm. Không dễ để tìm thấy nó ở đó, trong số các bụi “cục bộ”, xác suất thấp và các đặc tính của nó gần Mặt trời có thể thay đổi đáng kể. Bây giờ, nếu bạn bay xa hơn, tới biên giới hệ mặt trời, ở đó khả năng bắt được bụi liên sao thực sự là rất cao. Lựa chọn lý tưởng vượt ra ngoài hệ mặt trời hoàn toàn.
Bụi liên hành tinh, ít nhất là ở khoảng cách tương đối gần với Trái đất, là vật chất được nghiên cứu khá kỹ. Lấp đầy toàn bộ không gian của Hệ Mặt trời và tập trung ở mặt phẳng xích đạo của nó, nó được sinh ra phần lớn là kết quả của sự va chạm ngẫu nhiên của các tiểu hành tinh và sự phá hủy của các sao chổi tiến gần Mặt trời. Trên thực tế, thành phần của bụi không khác với thành phần của các thiên thạch rơi xuống Trái đất: việc nghiên cứu nó rất thú vị và vẫn còn nhiều khám phá được thực hiện trong lĩnh vực này, nhưng dường như không có gì đặc biệt. âm mưu ở đây. Nhưng nhờ loại bụi đặc biệt này, khi thời tiết tốt ở phía Tây ngay sau khi mặt trời lặn hoặc ở phía Đông trước khi mặt trời mọc, bạn có thể chiêm ngưỡng một hình nón ánh sáng nhạt phía trên đường chân trời. Đây được gọi là cung hoàng đạo Ánh sáng mặt trời, bị phân tán bởi các hạt bụi vũ trụ nhỏ.
Ở đâu bụi thú vị hơn giữa các vì sao. Đặc điểm nổi bật của nó là sự có mặt lõi cứng và vỏ. Lõi dường như bao gồm chủ yếu là carbon, silicon và kim loại. Và lớp vỏ chủ yếu được làm từ đông lạnh trên bề mặt hạt nhân nguyên tố khí, được kết tinh trong điều kiện “đóng băng sâu” của không gian giữa các vì sao, và nhiệt độ này là khoảng 10 kelvin, hydro và oxy. Tuy nhiên, trong đó có những tạp chất của các phân tử phức tạp hơn. Đây là amoniac, metan và thậm chí cả polyatomic phân tử hữu cơ, dính vào một hạt bụi hoặc hình thành trên bề mặt của nó trong quá trình di chuyển. Tất nhiên, một số chất này bay khỏi bề mặt của nó, chẳng hạn như dưới tác động của bức xạ cực tím, nhưng quá trình này có thể đảo ngược - một số bay đi, một số khác đóng băng hoặc được tổng hợp.
Tất nhiên, hiện nay, trong không gian giữa các ngôi sao hoặc gần chúng, nước, các oxit cacbon, nitơ, lưu huỳnh và silicon không phải bằng phương pháp hóa học mà bằng phương pháp vật lý, tức là phương pháp quang phổ. hydro clorua, amoniac, axetylen, axit hữu cơ, chẳng hạn như axit formic và axetic, rượu etylic và metyl, benzen, naphtalen. Họ thậm chí còn tìm thấy axit amin glycine!
Sẽ rất thú vị nếu bắt và nghiên cứu bụi liên sao xâm nhập vào hệ mặt trời và có thể rơi xuống Trái đất. Vấn đề “bắt” được nó không hề đơn giản, bởi làm sao để giữ được “áo khoác” băng của bạn trong tia nắng, đặc biệt là trong bầu khí quyển Trái đất, rất ít hạt bụi liên sao thành công. Những cái lớn thì quá nóng vận tốc thoát không thể dập tắt nhanh chóng và các hạt bụi “cháy hết”. Tuy nhiên, những cái nhỏ sẽ lướt trong bầu khí quyển trong nhiều năm, bảo tồn một phần vỏ, nhưng ở đây vấn đề nảy sinh là tìm kiếm và xác định chúng.
Còn một chi tiết nữa rất hấp dẫn. Nó liên quan đến bụi có hạt nhân được làm từ carbon. Carbon được tổng hợp trong lõi của các ngôi sao và được giải phóng vào không gian, ví dụ, từ bầu khí quyển của các ngôi sao già đi (như sao khổng lồ đỏ), bay vào không gian giữa các vì sao, nguội đi và ngưng tụ theo cách tương tự như sau một ngày nóng, sương mù từ lạnh đi hơi nước tích tụ ở vùng đất thấp. Tùy thuộc vào điều kiện kết tinh, có thể thu được cấu trúc phân lớp của than chì, tinh thể kim cương (chỉ cần tưởng tượng toàn bộ đám mây kim cương nhỏ!) và thậm chí cả những quả bóng rỗng chứa nguyên tử carbon (fullerene). Và trong chúng, có lẽ, giống như trong một chiếc két sắt hoặc vật chứa, chứa các hạt khí quyển của một ngôi sao rất cổ xưa. Việc tìm thấy những hạt bụi như vậy sẽ là một thành công lớn.
Bụi vũ trụ được tìm thấy ở đâu?
Phải nói rằng chính khái niệm chân không vũ trụ như một thứ gì đó hoàn toàn trống rỗng từ lâu vẫn chỉ là một phép ẩn dụ đầy thi vị. Trên thực tế, toàn bộ không gian của Vũ trụ, cả giữa các ngôi sao và giữa các thiên hà, đều chứa đầy vật chất, chảy hạt cơ bản, bức xạ và trường từ, điện và hấp dẫn. Nói một cách tương đối, tất cả những gì có thể chạm vào được là khí, bụi và plasma, sự đóng góp của chúng vào tổng khối lượng của Vũ trụ, theo nhiều ước tính khác nhau, chỉ khoảng 12% ở mức tối đa. mật độ trung bình khoảng 10-24 g/cm3. Có nhiều khí nhất trong không gian, gần 99%. Đây chủ yếu là hydro (lên tới 77,4%) và heli (21%), phần còn lại chiếm ít hơn hai phần trăm khối lượng. Và sau đó là bụi; khối lượng của nó nhỏ hơn khí gần một trăm lần.
Mặc dù đôi khi sự trống rỗng trong không gian giữa các vì sao và giữa các thiên hà gần như lý tưởng: đôi khi có 1 lít không gian cho mỗi nguyên tử vật chất! Không có chân không như vậy trong các phòng thí nghiệm trên mặt đất hoặc trong hệ mặt trời. Để so sánh, chúng ta có thể đưa ra ví dụ sau: trong 1 cm 3 không khí chúng ta hít thở có khoảng 30.000.000.000.000.000.000 phân tử.
Vấn đề này được phân phối trong không gian giữa các vì sao rất không đồng đều. Hầu hết khí và bụi liên sao tạo thành một lớp khí-bụi gần mặt phẳng đối xứng của đĩa Thiên hà. Độ dày của nó trong Thiên hà của chúng ta là vài trăm năm ánh sáng. Hầu hết khí và bụi trong các nhánh xoắn ốc (cánh) và lõi của nó tập trung chủ yếu ở các đám mây phân tử khổng lồ có kích thước từ 5 đến 50 Parsec (16 x 160 năm ánh sáng) và nặng hàng chục nghìn, thậm chí hàng triệu khối lượng Mặt Trời. Nhưng bên trong những đám mây này, vật chất cũng được phân bố không đồng đều. Trong thể tích chính của đám mây, cái gọi là lớp lông, chủ yếu được làm từ hydro phân tử, mật độ hạt khoảng 100 mảnh trên 1 cm 3. Trong các lực nén bên trong đám mây, nó đạt tới hàng chục nghìn hạt trên 1 cm 3, và trong lõi của các lực nén này, nói chung là hàng triệu hạt trên 1 cm 3. Chính sự phân bố vật chất không đồng đều này trong Vũ trụ là nguyên nhân dẫn đến sự tồn tại của các ngôi sao, hành tinh và cuối cùng là chính chúng ta. Bởi vì chính trong các đám mây phân tử, dày đặc và tương đối lạnh, các ngôi sao được sinh ra.
Điều thú vị là mật độ đám mây càng cao thì thành phần của nó càng đa dạng. Trong trường hợp này, có sự tương ứng giữa mật độ và nhiệt độ của đám mây (hoặc các bộ phận riêng lẻ của nó) và các chất có phân tử được tìm thấy ở đó. Một mặt, điều này thuận tiện cho việc nghiên cứu các đám mây: bằng cách quan sát các thành phần riêng lẻ của chúng trong các dải phổ khác nhau dọc theo các vạch đặc trưng của quang phổ, ví dụ CO, OH hoặc NH 3, bạn có thể “nhìn trộm” vào phần này hoặc phần khác của nó . Mặt khác, dữ liệu về thành phần của đám mây cho phép chúng ta tìm hiểu nhiều điều về các quá trình diễn ra trong đó.
Ngoài ra, trong không gian giữa các vì sao, xét theo quang phổ, có những chất mà sự tồn tại của chúng trong điều kiện trên mặt đất đơn giản là không thể tồn tại được. Đây là các ion và gốc tự do. Của họ hoạt động hóa học cao đến mức trên Trái đất họ phản ứng ngay lập tức. Và trong không gian lạnh lẽo hiếm hoi của không gian, chúng sống rất lâu và khá tự do.
Nói chung, khí trong không gian giữa các vì sao không chỉ có tính chất nguyên tử. Ở nơi lạnh hơn, không quá 50 kelvin, các nguyên tử có thể kết hợp với nhau, tạo thành các phân tử. Tuy nhiên khối lượng lớn khí liên sao vẫn ở trạng thái nguyên tử. Nó chủ yếu là hydro; dạng trung tính của nó được phát hiện tương đối gần đây - vào năm 1951. Như đã biết, nó phát ra sóng vô tuyến dài 21 cm (tần số 1.420 MHz), dựa vào cường độ mà nó được xác định có bao nhiêu trong Thiên hà. Nhân tiện, nó cũng được phân bố không đồng đều trong không gian giữa các ngôi sao. Trong các đám mây hydro nguyên tử, nồng độ của nó đạt tới vài nguyên tử trên 1 cm 3, nhưng giữa các đám mây thì nồng độ của nó thấp hơn nhiều bậc.
Cuối cùng, gần các ngôi sao nóng, khí tồn tại ở dạng ion. Bức xạ cực tím mạnh làm nóng và ion hóa khí, khiến nó phát sáng. Đây là lý do tại sao những khu vực có nồng độ khí nóng cao, với nhiệt độ khoảng 10.000 K, xuất hiện dưới dạng những đám mây phát sáng. Chúng được gọi là tinh vân khí nhẹ.
Và trong bất kỳ tinh vân nào, với số lượng nhiều hay ít, đều có bụi liên sao. Mặc dù thực tế là tinh vân thường được chia thành tinh vân bụi và tinh vân khí, nhưng vẫn có bụi ở cả hai. Và trong mọi trường hợp, chính bụi dường như đã giúp các ngôi sao hình thành ở độ sâu của tinh vân.
Vật thể có sương mù
Trong số tất cả các vật thể vũ trụ, tinh vân có lẽ là đẹp nhất. Đúng là các tinh vân tối trong phạm vi nhìn thấy được trông giống như những đốm đen trên bầu trời; chúng được quan sát rõ nhất trên nền của Dải Ngân hà. Nhưng ở những phạm vi khác sóng điện từ, chẳng hạn như tia hồng ngoại, chúng có thể nhìn thấy rất rõ và hình ảnh trở nên rất khác thường.
Tinh vân là những tinh vân bị cô lập trong không gian, được kết nối bởi lực hấp dẫn hoặc áp lực bên ngoài tích tụ khí và bụi. Khối lượng của chúng có thể từ 0,1 đến 10.000 khối lượng mặt trời và kích thước của chúng có thể từ 1 đến 10 Parsec.
Lúc đầu, tinh vân khiến các nhà thiên văn khó chịu. Cho đến giữa thế kỷ 19, các tinh vân được phát hiện vẫn bị coi là mối phiền toái khó chịu, cản trở việc quan sát các ngôi sao và tìm kiếm sao chổi mới. Năm 1714, Edmond Halley người Anh, tên là sao chổi nổi tiếng, thậm chí còn biên soạn một “danh sách đen” gồm sáu tinh vân để chúng không đánh lừa “những người bắt sao chổi” và người Pháp Charles Messier đã mở rộng danh sách này lên 103 vật thể. May mắn thay, nhạc sĩ Sir William Herschel, người yêu thiên văn học, cùng chị gái và con trai ông bắt đầu quan tâm đến tinh vân. Quan sát bầu trời bằng kính viễn vọng tự chế, họ đã để lại một danh mục các tinh vân và cụm sao chứa thông tin về 5.079 vật thể không gian!
Herschels thực tế đã cạn kiệt khả năng của kính thiên văn quang học trong những năm đó. Tuy nhiên, việc phát minh ra nhiếp ảnh và thời điểm quan trọngđộ phơi sáng giúp có thể tìm thấy các vật thể phát sáng rất yếu. Một lát sau phương pháp quang phổ phân tích, quan sát trong các phạm vi sóng điện từ khác nhau giúp trong tương lai không chỉ có thể khám phá ra nhiều tinh vân mới mà còn xác định được cấu trúc và tính chất của chúng.
Một tinh vân giữa các vì sao xuất hiện sáng trong hai trường hợp: hoặc nó nóng đến mức khí của nó tự phát sáng, những tinh vân như vậy được gọi là tinh vân phát xạ; hoặc bản thân tinh vân lạnh, nhưng bụi của nó làm tán xạ ánh sáng của một ngôi sao sáng gần đó - đó là tinh vân phản chiếu.
Tinh vân tối cũng là sự tích tụ khí và bụi giữa các vì sao. Nhưng không giống như tinh vân khí nhẹ, đôi khi có thể nhìn thấy được ngay cả bằng ống nhòm hoặc kính viễn vọng mạnh, chẳng hạn như Tinh vân Orion, tinh vân tối không phát ra ánh sáng mà hấp thụ nó. Khi ánh sáng sao đi qua những tinh vân như vậy, bụi có thể hấp thụ hoàn toàn nó, chuyển nó thành bức xạ hồng ngoại mà mắt thường không nhìn thấy được. Do đó, những tinh vân như vậy trông giống như những lỗ không có sao trên bầu trời. V. Herschel gọi chúng là “những lỗ hổng trên bầu trời”. Có lẽ ngoạn mục nhất trong số này là Tinh vân Đầu Ngựa.
Tuy nhiên, các hạt bụi có thể không hấp thụ hoàn toàn ánh sáng của các ngôi sao mà chỉ phân tán một phần và có chọn lọc. Thực tế là kích thước của các hạt bụi giữa các vì sao gần bằng bước sóng của ánh sáng xanh nên bị tán xạ và hấp thụ mạnh hơn, đồng thời phần “đỏ” của ánh sáng sao đến với chúng ta tốt hơn. Nhân tiện, cái này cách tốtước tính kích thước của các hạt bụi bằng cách chúng làm suy giảm ánh sáng có bước sóng khác nhau.
Ngôi sao từ đám mây
Nguyên nhân tại sao các ngôi sao xuất hiện vẫn chưa được thiết lập một cách chính xác; chỉ có những mô hình ít nhiều giải thích được dữ liệu thực nghiệm một cách đáng tin cậy. Ngoài ra, con đường hình thành, tính chất và số phận xa hơn các ngôi sao rất đa dạng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Tuy nhiên, có một khái niệm đã được xác lập, hay đúng hơn là giả thuyết phát triển nhất, bản chất của nó, phần lớn là phác thảo chung, là các ngôi sao được hình thành từ khí giữa các vì sao ở những khu vực có mật độ vật chất tăng lên, tức là ở độ sâu của các đám mây giữa các vì sao. Bụi là một vật liệu có thể bị bỏ qua nhưng vai trò của nó trong việc hình thành các ngôi sao là rất lớn.
Rõ ràng điều này xảy ra (trong phiên bản nguyên thủy nhất, đối với một ngôi sao). Đầu tiên, một đám mây tiền sao ngưng tụ từ môi trường giữa các vì sao, có thể là do lực hấp dẫn không ổn định, nhưng nguyên nhân có thể khác nhau và vẫn chưa hoàn toàn rõ ràng. Bằng cách này hay cách khác, nó co lại và hút vật chất từ không gian xung quanh. Nhiệt độ và áp suất ở trung tâm của nó tăng lên cho đến khi các phân tử ở trung tâm của quả cầu khí đang co lại này bắt đầu vỡ ra thành các nguyên tử và sau đó thành các ion. Quá trình này làm mát khí và áp suất bên trong lõi giảm mạnh. Lõi co lại và sóng xung kích lan truyền bên trong đám mây, đánh bật các lớp bên ngoài của nó. Một tiền sao được hình thành, nó tiếp tục co lại dưới tác dụng của trọng lực cho đến khi các phản ứng bắt đầu ở trung tâm của nó. phản ứng tổng hợp nhiệt hạch chuyển hóa hydro thành heli. Quá trình nén tiếp tục một thời gian cho đến khi cường độ nén trọng lực sẽ không được cân bằng bởi các lực khí và áp suất bức xạ.
Rõ ràng là khối lượng của ngôi sao thu được luôn nhỏ hơn khối lượng của tinh vân đã “khai sinh” ra nó. Trong quá trình này, một phần vật chất không có thời gian rơi vào lõi sẽ bị sóng xung kích “quét sạch”, bức xạ và hạt đơn giản chảy vào không gian xung quanh.
Quá trình hình thành các ngôi sao và hệ sao bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, trong đó có từ trường, thường góp phần làm “xé” đám mây tiền sao thành hai, hiếm khi là ba mảnh, mỗi mảnh bị nén dưới tác dụng của lực hấp dẫn thành tiền sao của chính nó. Đây là cách, ví dụ, nhiều gấp đôi hệ thống sao hai ngôi sao quay xung quanh trung tâm tổng hợp khối lượng và di chuyển trong không gian như một tổng thể duy nhất.
Khi bạn già đi nhiên liệu hạt nhân trong sâu thẳm các ngôi sao dần dần cháy hết, và tốc độ càng nhanh thêm ngôi sao. Trong trường hợp này, chu trình phản ứng hydro được thay thế bằng helium, sau đó, do phản ứng tổng hợp hạt nhân, các phản ứng ngày càng nặng hơn được hình thành nguyên tố hóa học, ngay xuống bàn ủi. Cuối cùng, hạt nhân không còn nhận được năng lượng từ các phản ứng nhiệt hạch, kích thước giảm mạnh, mất đi tính ổn định và chất của nó dường như tự rơi xuống. Đang xảy ra vụ nổ mạnh mẽ, trong thời gian đó một chất có thể nóng lên tới hàng tỷ độ và tương tác giữa các hạt nhân dẫn đến sự hình thành các nguyên tố hóa học mới, thậm chí là nặng nhất. Vụ nổ đi kèm với sự giải phóng năng lượng mạnh mẽ và giải phóng vật chất. Một ngôi sao phát nổ, một quá trình được gọi là siêu tân tinh. Cuối cùng, ngôi sao, tùy theo khối lượng của nó, sẽ biến thành sao neutron hoặc một lỗ đen.
Đây có lẽ là những gì thực sự xảy ra. Trong mọi trường hợp, không còn nghi ngờ gì nữa rằng hầu hết các ngôi sao trẻ, tức là nóng, và các cụm của chúng nằm trong tinh vân, nghĩa là ở những khu vực có mật độ khí và bụi cao. Điều này có thể thấy rõ trong các bức ảnh chụp bằng kính thiên văn ở các phạm vi bước sóng khác nhau.
Tất nhiên, đây không gì khác hơn là bản tóm tắt thô thiển nhất về chuỗi sự kiện. Đối với chúng tôi, hai điểm cơ bản là quan trọng. Đầu tiên, vai trò của bụi trong quá trình hình thành sao là gì? Và thứ hai, nó thực sự đến từ đâu?
Chất làm mát đa năng
TRONG tổng khối lượng vật chất vũ trụ Bản thân bụi, tức là các nguyên tử carbon, silicon và một số nguyên tố khác kết hợp thành các hạt rắn, nhỏ đến mức, trong mọi trường hợp, như vật liệu xây dựngđối với các ngôi sao, dường như có thể bị bỏ qua. Tuy nhiên, trên thực tế, vai trò của chúng rất lớn - chính chúng là người làm nguội khí nóng giữa các vì sao, biến nó thành đám mây dày đặc rất lạnh mà từ đó các ngôi sao được hình thành.
Thực tế là bản thân khí giữa các vì sao không thể nguội đi. Cấu trúc điện tử Nguyên tử hydro có thể giải phóng năng lượng dư thừa, nếu có, bằng cách phát ra ánh sáng trong vùng khả kiến và vùng tử ngoại của quang phổ, nhưng không phát ra ánh sáng trong vùng tử ngoại. phạm vi hồng ngoại. Nói một cách hình tượng, hydro không thể tỏa nhiệt. Để hạ nhiệt đúng cách, nó cần một “tủ lạnh”, vai trò của nó được thực hiện bởi các hạt bụi giữa các vì sao.
Khi va chạm với các hạt bụi ở tốc độ cao, không giống như các hạt bụi nặng hơn và chậm hơn, các phân tử khí bay nhanh mất tốc độ và động năng truyền tới một hạt bụi. Nó cũng nóng lên và tỏa nhiệt dư thừa này ra không gian xung quanh, kể cả dưới dạng bức xạ hồng ngoại, trong khi nó nguội đi. Do đó, nhận sức nóng của các phân tử giữa các vì sao, bụi đóng vai trò như một loại chất tản nhiệt, làm mát đám mây khí. Nó có khối lượng không lớn - khoảng 1% khối lượng của toàn bộ vật chất đám mây, nhưng điều này đủ để loại bỏ lượng nhiệt dư thừa trong hàng triệu năm.
Khi nhiệt độ của đám mây giảm xuống, áp suất cũng giảm xuống, đám mây ngưng tụ lại và các ngôi sao có thể được sinh ra từ đó. Phần còn lại của vật chất mà từ đó ngôi sao được sinh ra lại là vật liệu ban đầu cho sự hình thành các hành tinh. Bây giờ thành phần của chúng đã bao gồm các hạt bụi và trong hơn. Bởi vì, khi được sinh ra, một ngôi sao nóng lên và tăng tốc toàn bộ khí xung quanh nó, trong khi bụi vẫn bay gần đó. Rốt cuộc, nó có khả năng làm mát và bị thu hút bởi ngôi sao mới mạnh hơn nhiều so với các phân tử khí riêng lẻ. Cuối cùng, có một đám mây bụi gần ngôi sao mới sinh và khí giàu bụi ở ngoại vi.
Họ sinh ra ở đó hành tinh khí, chẳng hạn như Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương. Chà, những ngôi sao xuất hiện gần đó hành tinh đá. Đối với chúng ta đó là Sao Hỏa, Trái Đất, Sao Kim và Sao Thủy. Nó chỉ ra sự phân chia khá rõ ràng thành hai khu vực: hành tinh khí và hành tinh rắn. Vì vậy, Trái đất hóa ra phần lớn được tạo thành từ các hạt bụi liên sao. Các hạt bụi kim loại đã trở thành một phần lõi của hành tinh và hiện nay Trái đất có lõi sắt khổng lồ.
Bí ẩn của vũ trụ trẻ
Nếu một thiên hà đã hình thành thì bụi đến từ đâu về nguyên tắc, các nhà khoa học hiểu rõ. Nguồn quan trọng nhất của nó là các tân tinh và siêu tân tinh, chúng mất đi một phần khối lượng, “thả” lớp vỏ vào không gian xung quanh. Ngoài ra, bụi cũng được sinh ra trong bầu khí quyển đang giãn nở của những sao khổng lồ đỏ, từ đó nó bị cuốn đi bởi áp suất bức xạ theo đúng nghĩa đen. Trong điều kiện mát mẻ của chúng, theo tiêu chuẩn của các ngôi sao, bầu khí quyển (khoảng 2,5 3 nghìn kelvin) có khá nhiều phân tử tương đối phức tạp.
Nhưng đây là một bí ẩn vẫn chưa được giải đáp. Người ta luôn tin rằng bụi là sản phẩm của quá trình tiến hóa của các ngôi sao. Nói cách khác, các ngôi sao phải được sinh ra, tồn tại một thời gian, già đi và, chẳng hạn, trong đợt bùng phát mới nhất siêu tân tinh tạo ra bụi. Nhưng cái gì có trước - quả trứng hay con gà? Bụi đầu tiên cần thiết cho sự ra đời của một ngôi sao, hay ngôi sao đầu tiên, vì lý do nào đó được sinh ra mà không có sự trợ giúp của bụi, sẽ già đi, phát nổ, tạo thành hạt bụi đầu tiên.
Điều gì đã xảy ra lúc đầu? Suy cho cùng, khi Vụ nổ lớn xảy ra cách đây 14 tỷ năm, trong Vũ trụ chỉ có hydro và heli, không có nguyên tố nào khác! Sau đó, những thiên hà đầu tiên bắt đầu xuất hiện từ chúng, những đám mây khổng lồ và trong đó những ngôi sao đầu tiên phải trải qua một hành trình dài. đường đời. Phản ứng nhiệt hạch trong lõi của các ngôi sao, họ phải “nấu” những nguyên tố hóa học phức tạp hơn, biến hydro và heli thành carbon, nitơ, oxy, v.v. và sau đó ngôi sao phải ném tất cả vào không gian, phát nổ hoặc ném dần ra ngoài không gian. vỏ bọc. Khối lượng này sau đó phải nguội đi, nguội dần và cuối cùng biến thành bụi. Nhưng đã 2 tỷ năm sau vụ nổ lớn, trong những thiên hà sớm nhất đã có bụi! Sử dụng kính thiên văn, nó được phát hiện ở các thiên hà cách chúng ta 12 tỷ năm ánh sáng. Đồng thời, 2 tỷ năm là khoảng thời gian quá ngắn để hoàn thành vòng đời sao: trong thời gian này, hầu hết các ngôi sao không có thời gian để già đi. Bụi đến từ đâu trong Thiên hà non trẻ, nếu ở đó không có gì ngoại trừ hydro và heli, thì đó là một bí ẩn.
Lò phản ứng vi mô
Bụi liên sao không chỉ đóng vai trò như một loại chất làm mát phổ quát mà có lẽ chính nhờ bụi mà các phân tử phức tạp xuất hiện trong không gian.
Thực tế là bề mặt của hạt bụi có thể đóng vai trò vừa là lò phản ứng trong đó các phân tử được hình thành từ các nguyên tử, vừa là chất xúc tác cho các phản ứng tổng hợp của chúng. Rốt cuộc, xác suất có nhiều nguyên tử cùng một lúc các yếu tố khác nhau va chạm vào một điểm, và thậm chí tương tác với nhau ở nhiệt độ cao hơn một chút độ không tuyệt đối, nhỏ đến mức không thể tưởng tượng được. Nhưng xác suất để một hạt bụi liên tiếp va chạm khi bay với nguyên tử khác nhau hoặc các phân tử, đặc biệt là bên trong đám mây dày đặc lạnh, khá lớn. Trên thực tế, đây là những gì xảy ra - đây là cách hình thành một lớp vỏ hạt bụi giữa các vì sao từ các nguyên tử và phân tử gặp phải đóng băng trên đó.
Trên bề mặt rắn, các nguyên tử ở gần nhau. Di chuyển dọc theo bề mặt của hạt bụi để tìm kiếm vị trí thuận lợi nhất về mặt năng lượng, các nguyên tử gặp nhau và tìm thấy chính mình trong sự gần gũi, có cơ hội phản ứng với nhau. Tất nhiên là rất chậm theo nhiệt độ của hạt bụi. Bề mặt của các hạt, đặc biệt là các hạt có lõi kim loại, có thể thể hiện đặc tính xúc tác. Các nhà hóa học trên Trái đất biết rõ rằng chất xúc tác hiệu quả nhất chính xác là các hạt có kích thước chỉ bằng một phần micron, trên đó các phân tử được thu thập và sau đó phản ứng, trong điều kiện bình thường hoàn toàn “thờ ơ” với nhau. Rõ ràng đây là cách nó được hình thành hydro phân tử: các nguyên tử của nó “dính” vào một hạt bụi, rồi bay ra khỏi nó, nhưng theo cặp, dưới dạng phân tử.
Rất có thể các hạt bụi nhỏ giữa các vì sao, sau khi giữ lại một số phân tử hữu cơ trong vỏ của chúng, bao gồm cả các axit amin đơn giản nhất, đã mang những “hạt giống sự sống” đầu tiên đến Trái đất khoảng 4 tỷ năm trước. Tất nhiên, đây không gì khác hơn là một giả thuyết hay. Nhưng điều có lợi cho nó là axit amin glycine được tìm thấy trong các đám mây bụi và khí lạnh. Có thể có những cái khác, chỉ là khả năng của kính thiên văn chưa cho phép phát hiện ra chúng.
Săn bụi
Tất nhiên, các đặc tính của bụi giữa các vì sao có thể được nghiên cứu ở khoảng cách xa bằng cách sử dụng kính thiên văn và các thiết bị khác đặt trên Trái đất hoặc trên các vệ tinh của nó. Nhưng sẽ hấp dẫn hơn nhiều khi bắt giữ các hạt bụi giữa các vì sao, sau đó nghiên cứu chúng một cách chi tiết, tìm hiểu, không phải về mặt lý thuyết mà là về mặt thực tế, chúng bao gồm những gì và cấu trúc của chúng như thế nào. Có hai lựa chọn ở đây. Bạn có thể chạm tới độ sâu của không gian, thu thập bụi liên sao ở đó, mang về Trái đất và phân tích cùng mọi người những cách có thể. Hoặc bạn có thể thử bay ra ngoài hệ mặt trời và phân tích bụi dọc đường ngay trên tàu vũ trụ, gửi dữ liệu thu được về Trái đất.
Nỗ lực đầu tiên nhằm mang các mẫu bụi giữa các vì sao và các chất của môi trường giữa các vì sao nói chung đã được NASA thực hiện cách đây vài năm. Tàu vũ trụ được trang bị các bẫy đặc biệt - máy thu thập bụi giữa các vì sao và các hạt gió vũ trụ. Để bắt các hạt bụi mà không làm mất lớp vỏ của chúng, các bẫy được lấp đầy bằng một chất đặc biệt gọi là aerogel. Chất tạo bọt rất nhẹ này (thành phần của nó là bí mật thương mại) giống như thạch. Khi vào bên trong, các hạt bụi bị mắc kẹt, và sau đó, giống như trong bất kỳ bẫy nào, nắp đóng lại để mở ra trên Trái đất.
Dự án này được gọi là Stardust bụi sao. Chương trình của anh ấy rất hoành tráng. Sau khi phóng vào tháng 2 năm 1999, thiết bị trên tàu cuối cùng sẽ thu thập các mẫu bụi giữa các vì sao và tách riêng khỏi bụi ở vùng lân cận của Sao chổi Wild-2, bay gần Trái đất vào tháng 2 năm ngoái. Giờ đây với những container chứa đầy hàng hóa quý giá này, con tàu bay về đất liền vào ngày 15/1/2006 tại Utah, gần thành phố Salt Lake (Mỹ). Đó là khi các nhà thiên văn học cuối cùng sẽ tận mắt nhìn thấy (tất nhiên là sử dụng kính hiển vi) những hạt bụi có thành phần và mô hình cấu trúc mà họ đã dự đoán.
Và vào tháng 8 năm 2001, Genesis đã bay để thu thập các mẫu vật chất từ không gian sâu thẳm. Dự án này của NASA chủ yếu nhằm mục đích thu giữ các hạt gió mặt trời. Sau khi trải qua 1.127 ngày ngoài vũ trụ, trong thời gian bay khoảng 32 triệu km, con tàu quay trở lại và thả một viên nang chứa các mẫu thu được - bẫy chứa các ion và các hạt gió mặt trời - xuống Trái đất. Than ôi, một điều không may đã xảy ra - chiếc dù không mở ra và viên nang rơi xuống đất bằng toàn bộ sức lực của nó. Và bị rơi. Tất nhiên, các mảnh vỡ đã được thu thập và nghiên cứu cẩn thận. Tuy nhiên, vào tháng 3 năm 2005, tại một hội nghị ở Houston, Don Barnetti, người tham gia chương trình, nói rằng bốn bộ thu gom hạt gió mặt trời không bị hư hại và hàm lượng của chúng, 0,4 mg gió mặt trời thu được, đang được các nhà khoa học ở Houston tích cực nghiên cứu.
Tuy nhiên, NASA hiện đang chuẩn bị một dự án thứ ba, thậm chí còn tham vọng hơn. Nó sẽ là sứ mệnh không gian Tàu thăm dò giữa các vì sao. Lần này tàu vũ trụ sẽ di chuyển ra xa 200 a. e. từ Trái đất (tức là khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời). Con tàu này sẽ không bao giờ quay trở lại nhưng nó sẽ được “nhồi nhét” rất nhiều loại thiết bị, bao gồm cả việc phân tích các mẫu bụi giữa các vì sao. Nếu mọi việc suôn sẻ, các hạt bụi giữa các vì sao từ không gian sâu thẳm cuối cùng sẽ được thu thập, chụp ảnh và phân tích tự động ngay trên tàu vũ trụ.
Sự hình thành của các ngôi sao trẻ
1. Một đám mây phân tử thiên hà khổng lồ có kích thước 100 Parsec, khối lượng bằng 100.000 mặt trời, nhiệt độ 50 K và mật độ 102 hạt/cm3. Bên trong đám mây này có các ngưng tụ quy mô lớn - tinh vân khí và bụi khuếch tán (1 x 10 pc, 10.000 mặt trời, 20 K, 10 3 hạt/cm 3) và các ngưng tụ nhỏ - tinh vân khí và bụi (tối đa 1 pc, 100 x 1.000 mặt trời, 20 K, 10 4 hạt/cm3). Bên trong cái sau có chính xác những khối cầu có kích thước 0,1 pc, khối lượng 1 x 10 mặt trời và mật độ 10 x 10 6 hạt/cm 3, nơi các ngôi sao mới được hình thành
2. Sự ra đời của một ngôi sao bên trong đám mây khí và bụi
3. Ngôi sao mới, với bức xạ và gió sao, phân tán khí xung quanh ra khỏi chính nó
4. Một ngôi sao trẻ bay vào không gian sạch sẽ, không có khí và bụi, đẩy tinh vân đã sinh ra nó sang một bên
Các giai đoạn phát triển “phôi thai” của một ngôi sao có khối lượng bằng Mặt trời
5. Sự ra đời của một đám mây không ổn định về trọng lực có kích thước bằng 2.000.000 mặt trời, với nhiệt độ khoảng 15 K và mật độ ban đầu là 10 -19 g/cm3
6. Sau vài trăm nghìn năm, đám mây này sẽ hình thành lõi có nhiệt độ khoảng 200 K và kích thước bằng 100 mặt trời, khối lượng của nó vẫn chỉ bằng 0,05 khối lượng mặt trời.
7. Ở giai đoạn này, lõi có nhiệt độ lên tới 2.000 K co lại mạnh do ion hóa hydro và đồng thời nóng lên tới 20.000 K, tốc độ vật chất rơi xuống ngôi sao đang phát triển đạt tới 100 km/s
8. Một tiền sao có kích thước bằng hai mặt trời với nhiệt độ ở trung tâm là 2x10 5 K và ở bề mặt là 3x10 3 K
9. Giai đoạn cuối cùng của quá trình tiền tiến hóa của một ngôi sao là quá trình nén chậm, trong đó các đồng vị lithium và berili bị đốt cháy. Chỉ sau khi nhiệt độ tăng lên 6×10 6 K, các phản ứng nhiệt hạch tổng hợp helium từ hydro mới bắt đầu diễn ra bên trong ngôi sao. Tổng thời lượng Chu kỳ sinh ra của một ngôi sao như Mặt trời của chúng ta là 50 triệu năm, sau đó một ngôi sao như vậy có thể cháy lặng trong hàng tỷ năm.
Olga Maksimenko, Ứng viên Khoa học Hóa học
BỤI VŨ TRỤ, các hạt rắn có kích thước đặc trưng từ khoảng 0,001 micron đến khoảng 1 micron (và có thể lên tới 100 micron trở lên trong môi trường liên hành tinh và các đĩa hình hành tinh), được tìm thấy trong hầu hết các vật thể thiên văn: từ Hệ Mặt trời cho đến rất nhiều thiên thể. thiên hà xa xôi và chuẩn tinh. Đặc tính bụi (nồng độ hạt, thành phần hóa học, kích thước hạt, v.v.) thay đổi đáng kể từ vật này sang vật khác, ngay cả đối với các vật cùng loại. Bụi vũ trụ phân tán và hấp thụ bức xạ tới. Bức xạ tán xạ có cùng bước sóng với bức xạ tới lan truyền theo mọi hướng. Bức xạ bị hấp thụ bởi một hạt bụi được chuyển thành năng lượng nhiệt và hạt thường phát ra ở vùng bước sóng dài hơn của quang phổ so với bức xạ tới. Cả hai quá trình đều góp phần làm tuyệt chủng - làm suy yếu bức xạ thiên thể bụi nằm trên đường ngắm giữa vật thể và người quan sát.
Các vật thể bụi được nghiên cứu trong hầu hết phạm vi sóng điện từ - từ tia X đến sóng milimet. Bức xạ lưỡng cực điện từ các hạt siêu mịn quay nhanh dường như góp phần vào bức xạ vi sóngở tần số 10-60 GHz. Vai trò quan trọng chơi thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, trong đó các chỉ số khúc xạ được đo, cũng như phổ hấp thụ và ma trận tán xạ của các hạt tương tự hạt bụi vũ trụ, mô phỏng quá trình hình thành và phát triển của các hạt bụi chịu lửa trong khí quyển của các ngôi sao và đĩa tiền hành tinh, nghiên cứu sự hình thành các phân tử và sự tiến hóa của các thành phần bụi dễ bay hơi trong các điều kiện tương tự như các điều kiện tồn tại trong các đám mây tối giữa các vì sao.
Bụi vũ trụ nằm ở nhiều nơi khác nhau điều kiện vật chất, được nghiên cứu trực tiếp về thành phần của thiên thạch rơi xuống bề mặt Trái đất, trong lớp trên bầu khí quyển trái đất(bụi liên hành tinh và tàn dư của các sao chổi nhỏ), trong các chuyến bay của tàu vũ trụ tới các hành tinh, tiểu hành tinh và sao chổi (bụi hành tinh và sao chổi) và ngoài vòng xoắn ốc (bụi liên sao). Các quan sát từ xa trên mặt đất và trên không gian về bụi vũ trụ bao trùm Hệ Mặt trời (bụi liên hành tinh, bụi ngoại hành tinh và sao chổi, bụi gần Mặt trời), môi trường giữa các vì sao của Thiên hà của chúng ta (bụi liên sao, bụi hoàn cảnh và tinh vân) và các thiên hà khác (bụi ngoài thiên hà). ), cũng như các vật thể ở rất xa (bụi vũ trụ).
Các hạt bụi vũ trụ chủ yếu bao gồm các chất cacbon (cacbon vô định hình, than chì) và silicat sắt-magiê (olivin, pyroxen). Chúng ngưng tụ và phát triển trong bầu khí quyển của các ngôi sao thuộc loại quang phổ muộn và trong tinh vân tiền hành tinh, sau đó bị đẩy vào môi trường liên sao bởi áp suất bức xạ. Trong các đám mây liên sao, đặc biệt là các đám mây dày đặc, các hạt chịu lửa tiếp tục phát triển do sự bồi tụ của các nguyên tử khí, cũng như khi các hạt va chạm và dính lại với nhau (đông tụ). Điều này dẫn đến sự xuất hiện vỏ của các chất dễ bay hơi (chủ yếu là nước đá) và hình thành các hạt cốt liệu xốp. Sự phá hủy các hạt bụi xảy ra do sự phún xạ của sóng xung kích phát sinh sau vụ nổ siêu tân tinh hoặc sự bốc hơi trong quá trình hình thành sao bắt đầu trong đám mây. Phần bụi còn lại tiếp tục tiến hóa gần ngôi sao đã hình thành và sau đó biểu hiện dưới dạng đám mây bụi liên hành tinh hoặc hạt nhân sao chổi. Nghịch lý thay, xung quanh các ngôi sao đã tiến hóa (cũ), bụi lại “tươi” (mới hình thành trong bầu khí quyển của chúng) và xung quanh các ngôi sao trẻ, bụi là cũ (tiến hóa như một phần của môi trường giữa các vì sao). Người ta tin rằng bụi vũ trụ, có thể tồn tại ở các thiên hà xa xôi, đã ngưng tụ trong sự phun ra vật chất từ vụ nổ của siêu tân tinh lớn.
Sáng. nhìn vào Nghệ thuật. Bụi liên sao.
Nhiều người thích thú chiêm ngưỡng cảnh tượng tuyệt đẹp của bầu trời đầy sao, một trong những sáng tạo vĩ đại nhất của thiên nhiên. Trên bầu trời mùa thu trong xanh, người ta có thể thấy rõ một dải ánh sáng mờ nhạt chạy ngang qua toàn bộ bầu trời, được gọi là dải ngân hà, có đường viền không đều với chiều rộng và độ sáng khác nhau. Nếu chúng ta xem xét dải ngân hà, tạo thành Thiên hà của chúng ta, trong kính viễn vọng, hóa ra dải sáng này vỡ ra thành nhiều dải yếu ngôi sao phát sáng, mà bằng mắt thường sẽ hợp nhất thành một ánh sáng rực rỡ liên tục. Hiện nay người ta đã xác định rằng Dải Ngân hà không chỉ bao gồm các ngôi sao và cụm sao mà còn có các đám mây khí và bụi.
Bụi vũ trụ xuất hiện ở nhiều vật thể không gian, nơi xảy ra dòng vật chất nhanh chóng, kèm theo sự nguội đi. Nó thể hiện bằng bức xạ hồng ngoại ngôi sao Wolf-Rayet nóng bỏng với một cơn gió sao rất mạnh, tinh vân hành tinh, vỏ siêu tân tinh và tân tinh. số lượng lớn bụi tồn tại trong lõi của nhiều thiên hà (ví dụ M82, NGC253), từ đó có dòng khí thoát ra dữ dội. Ảnh hưởng của bụi vũ trụ rõ rệt nhất trong quá trình phát xạ của một ngôi sao mới. Một vài tuần sau khi sao mới đạt độ sáng tối đa, trong quang phổ của nó xuất hiện một lượng bức xạ hồng ngoại dư thừa mạnh, gây ra bởi sự xuất hiện của bụi có nhiệt độ khoảng K. Hơn nữa
Xin chào. Trong bài giảng này chúng tôi sẽ nói chuyện với bạn về bụi. Nhưng không phải về loại bụi tích tụ trong phòng của bạn, mà là về bụi vũ trụ. Đây là cái gì?
Bụi vũ trụ là Rất hạt mịn chất rắn nằm ở bất kỳ phần nào của vũ trụ, kể cả bụi thiên thạch và vật chất liên sao, có khả năng hấp thụ ánh sáng sao và hình thành tinh vân tối trong các thiên hà. Các hạt bụi hình cầu có đường kính khoảng 0,05 mm được tìm thấy trong một số trầm tích biển; Người ta tin rằng đây là tàn tích của 5.000 tấn bụi vũ trụ rơi xuống địa cầu mỗi năm.
Các nhà khoa học tin rằng bụi vũ trụ được hình thành không chỉ từ sự va chạm, phá hủy các hạt nhỏ chất rắn, mà còn do sự ngưng tụ của khí giữa các vì sao. Bụi vũ trụ được phân biệt bởi nguồn gốc của nó: bụi có thể ở giữa các thiên hà, giữa các vì sao, liên hành tinh và ngoại hành tinh (thường ở trong một hệ vành đai).
Các hạt bụi vũ trụ phát sinh chủ yếu trong bầu khí quyển đang dần cạn kiệt của các ngôi sao - sao lùn đỏ, cũng như trong các quá trình bùng nổ trên các ngôi sao và sự phun ra khí dữ dội từ lõi các thiên hà. Các nguồn bụi vũ trụ khác bao gồm tinh vân hành tinh và tiền sao, khí quyển sao và các đám mây liên sao.
Toàn bộ đám mây bụi vũ trụ nằm trong lớp sao hình thành nên Dải Ngân hà, ngăn cản chúng ta quan sát các cụm sao ở xa. Cái này cụm sao, giống như Pleiades, hoàn toàn chìm trong đám mây bụi. nhất ngôi sao sáng, nằm trong cụm này, chiếu sáng bụi, giống như đèn lồng chiếu sáng sương mù vào ban đêm. Bụi vũ trụ chỉ có thể tỏa sáng nhờ ánh sáng phản chiếu.
Tia sáng xanh đi qua bụi vũ trụ bị suy giảm nhiều hơn tia đỏ nên ánh sáng sao chiếu tới chúng ta có màu vàng hoặc thậm chí hơi đỏ. Toàn bộ các khu vực trong không gian thế giới vẫn bị đóng cửa để quan sát chính xác là do bụi vũ trụ.
Bụi liên hành tinh, ít nhất là ở khoảng cách tương đối gần với Trái đất, là vật chất được nghiên cứu khá kỹ. Lấp đầy toàn bộ không gian của Hệ Mặt trời và tập trung ở mặt phẳng xích đạo của nó, nó được sinh ra phần lớn là kết quả của sự va chạm ngẫu nhiên của các tiểu hành tinh và sự phá hủy của các sao chổi tiến gần Mặt trời. Trên thực tế, thành phần của bụi không khác với thành phần của các thiên thạch rơi xuống Trái đất: việc nghiên cứu nó rất thú vị và vẫn còn nhiều khám phá được thực hiện trong lĩnh vực này, nhưng dường như không có gì đặc biệt. âm mưu ở đây. Nhưng nhờ loại bụi đặc biệt này, khi thời tiết tốt ở phía Tây ngay sau khi mặt trời lặn hoặc ở phía Đông trước khi mặt trời mọc, bạn có thể chiêm ngưỡng một hình nón ánh sáng nhạt phía trên đường chân trời. Đây được gọi là ánh sáng hoàng đạo - ánh sáng mặt trời bị phân tán bởi các hạt bụi vũ trụ nhỏ.
Bụi liên sao thú vị hơn nhiều. Đặc điểm nổi bật của nó là sự hiện diện của lõi và vỏ rắn. Lõi dường như bao gồm chủ yếu là carbon, silicon và kim loại. Và lớp vỏ chủ yếu được tạo thành từ các nguyên tố khí đóng băng trên bề mặt lõi, kết tinh trong điều kiện “đóng băng sâu” của không gian giữa các vì sao, và nhiệt độ này là khoảng 10 kelvin, hydro và oxy. Tuy nhiên, có những tạp chất của phân tử phức tạp hơn. Đây là amoniac, metan và thậm chí cả các phân tử hữu cơ đa nguyên tử dính vào một hạt bụi hoặc hình thành trên bề mặt của nó trong quá trình di chuyển. Tất nhiên, một số chất này bay khỏi bề mặt của nó, chẳng hạn như dưới tác động của bức xạ cực tím, nhưng quá trình này có thể đảo ngược - một số bay đi, một số khác đóng băng hoặc được tổng hợp.
Nếu một thiên hà đã hình thành, thì về nguyên tắc, bụi đến từ đâu là điều rõ ràng đối với các nhà khoa học. Nguồn quan trọng nhất của nó là các tân tinh và siêu tân tinh, chúng mất đi một phần khối lượng, “đổ” lớp vỏ vào không gian xung quanh. Ngoài ra, bụi cũng được sinh ra trong bầu khí quyển đang giãn nở của những sao khổng lồ đỏ, từ đó nó bị cuốn đi bởi áp suất bức xạ theo đúng nghĩa đen. Trong điều kiện mát mẻ của chúng, theo tiêu chuẩn của các ngôi sao, bầu khí quyển (khoảng 2,5 - 3 nghìn kelvin) có khá nhiều phân tử tương đối phức tạp.
Nhưng đây là một bí ẩn vẫn chưa được giải đáp. Người ta luôn tin rằng bụi là sản phẩm của quá trình tiến hóa của các ngôi sao. Nói cách khác, các ngôi sao phải được sinh ra, tồn tại một thời gian, già đi và tạo ra bụi trong vụ nổ siêu tân tinh cuối cùng. Nhưng cái gì có trước - quả trứng hay con gà? Bụi đầu tiên cần thiết cho sự ra đời của một ngôi sao, hay ngôi sao đầu tiên, vì lý do nào đó được sinh ra mà không có sự trợ giúp của bụi, sẽ già đi, phát nổ, tạo thành hạt bụi đầu tiên.
Điều gì đã xảy ra lúc đầu? Suy cho cùng, khi Vụ nổ lớn xảy ra cách đây 14 tỷ năm, trong Vũ trụ chỉ có hydro và heli, không có nguyên tố nào khác! Sau đó, những thiên hà đầu tiên bắt đầu xuất hiện từ chúng, những đám mây khổng lồ và trong đó là những ngôi sao đầu tiên phải trải qua một chặng đường dài. Các phản ứng nhiệt hạch trong lõi của các ngôi sao đáng lẽ phải “nấu chín” các nguyên tố hóa học phức tạp hơn, biến hydro và heli thành cacbon, nitơ, oxy, v.v., và sau đó ngôi sao lẽ ra phải ném tất cả vào không gian, phát nổ hoặc dần dần bong ra. vỏ bọc.
Khối lượng này sau đó phải nguội đi, nguội dần và cuối cùng biến thành bụi. Nhưng đã 2 tỷ năm sau Vụ nổ lớn, ở những thiên hà sớm nhất đã có bụi! Sử dụng kính thiên văn, nó được phát hiện ở các thiên hà cách chúng ta 12 tỷ năm ánh sáng. Đồng thời, 2 tỷ năm là khoảng thời gian quá ngắn đối với toàn bộ vòng đời của một ngôi sao: trong thời gian này, hầu hết các ngôi sao không có thời gian để già đi. Bụi đến từ đâu trong Thiên hà non trẻ, nếu ở đó không có gì ngoại trừ hydro và heli, thì đó là một bí ẩn.
Nhìn thời gian, giáo sư khẽ mỉm cười.
Nhưng bạn sẽ cố gắng giải quyết bí ẩn này ở nhà. Hãy viết ra nhiệm vụ.
Bài tập về nhà.
1. Hãy thử đoán xem cái gì có trước, ngôi sao đầu tiên hay hạt bụi?
Nhiệm vụ bổ sung.
1. Báo cáo về bất kỳ loại bụi nào (giữa các vì sao, liên hành tinh, tuần hoàn hành tinh, liên thiên hà)
2. Tiểu luận. Hãy tưởng tượng bạn là một nhà khoa học được giao nhiệm vụ nghiên cứu bụi vũ trụ.
3. Hình ảnh. tự chế
bài tập cho học sinh:
1. Hãy thử đoán xem cái gì có trước, ngôi sao đầu tiên hay hạt bụi?
1. Tại sao cần có bụi trong không gian? 1. Báo cáo về mọi loại bụi. Cựu sinh viên
trường học nhớ nội quy.
2. Tiểu luận. Sự biến mất của bụi vũ trụ
Có hàng tỷ ngôi sao và hành tinh trong vũ trụ. Và trong khi một ngôi sao là một quả cầu khí rực lửa thì các hành tinh như Trái đất được tạo thành từ các nguyên tố rắn. Các hành tinh hình thành trong những đám mây bụi xoáy quanh một ngôi sao mới hình thành. Đổi lại, các hạt bụi này bao gồm các nguyên tố như carbon, silicon, oxy, sắt và magiê. Nhưng hạt bụi vũ trụ đến từ đâu? Một nghiên cứu mới của Viện Niels Bohr ở Copenhagen cho thấy các hạt bụi không chỉ có thể hình thành trong các vụ nổ siêu tân tinh khổng lồ mà chúng còn có thể tồn tại trong những vụ nổ tiếp theo. sóng xung kích các vụ nổ khác nhau ảnh hưởng đến bụi.
Hình ảnh máy tính về cách bụi vũ trụ được hình thành trong vụ nổ siêu tân tinh. Nguồn: ESO/M. Kornmesser
Làm thế nào bụi vũ trụ được hình thành từ lâu đã là một bí ẩn đối với các nhà thiên văn học. Bản thân các nguyên tố bụi hình thành trong khí hydro rực lửa trong các ngôi sao. Các nguyên tử hydro kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tố ngày càng nặng hơn. Kết quả là ngôi sao bắt đầu phát ra bức xạ dưới dạng ánh sáng. Khi hết hydro và không thể lấy năng lượng được nữa, ngôi sao sẽ chết và lớp vỏ của nó bay đi vào không gian bên ngoài, tạo thành nhiều tinh vân khác nhau trong đó các ngôi sao trẻ có thể được sinh ra lần nữa. Các nguyên tố nặng được hình thành chủ yếu trong các siêu tân tinh, tiền thân của chúng là ngôi sao lớn, chết trong một vụ nổ khổng lồ. Nhưng làm thế nào các nguyên tố đơn lẻ kết tụ lại với nhau để tạo thành bụi vũ trụ vẫn còn là một bí ẩn.
“Vấn đề là ngay cả khi bụi được hình thành cùng với các nguyên tố trong vụ nổ siêu tân tinh, bản thân sự kiện này quá dữ dội đến mức những hạt nhỏ này không thể tồn tại được. Nhưng bụi vũ trụ tồn tại và các hạt của nó hoàn toàn có thể kích cỡ khác nhau. Nghiên cứu của chúng tôi làm sáng tỏ vấn đề này”, Giáo sư Jens Hjorth, người đứng đầu Trung tâm Vũ trụ Tối tại Viện Niels Bohr.
Ảnh chụp nhanh Kính thiên văn Hubble bất thường thiên hà lùn, nơi tạo ra siêu tân tinh sáng SN 2010jl. Hình ảnh được chụp trước khi nó xuất hiện nên mũi tên chỉ ra ngôi sao tiền thân của nó. Ngôi sao phát nổ có khối lượng rất lớn, xấp xỉ 40 lần khối lượng mặt trời. Nguồn: ESO
Trong các nghiên cứu về bụi vũ trụ, các nhà khoa học quan sát siêu tân tinh bằng thiết bị thiên văn X-shooter được lắp đặt trên Very kính thiên văn lớn(VLT) ở Chi-lê. Nó có độ nhạy đáng kinh ngạc và ba máy quang phổ được bao gồm trong đó. có thể quan sát toàn bộ phạm vi ánh sáng cùng một lúc, từ tia cực tím và nhìn thấy đến tia hồng ngoại. Hjorth giải thích rằng lúc đầu họ chờ đợi vụ nổ “đúng” xuất hiện siêu tân tinh. Và khi điều này xảy ra, một chiến dịch giám sát nó đã bắt đầu. Ngôi sao được quan sát sáng bất thường, sáng hơn 10 lần so với siêu tân tinh trung bình và khối lượng của nó gấp 40 lần Mặt trời. Tổng cộng, việc quan sát ngôi sao này khiến các nhà nghiên cứu mất hai năm rưỡi.
“Bụi hấp thụ ánh sáng và sử dụng dữ liệu của chúng tôi, chúng tôi có thể tính toán một hàm có thể cho chúng tôi biết về lượng bụi, thành phần và kích thước hạt của nó. Chúng tôi đã tìm thấy điều gì đó thực sự thú vị trong kết quả,” Krista Gaul.
Bước đầu tiên hướng tới sự hình thành bụi vũ trụ là một vụ nổ nhỏ trong đó một ngôi sao phóng vật chất chứa hydro, heli và carbon vào không gian. Đám mây khí này trở thành một loại vỏ bao quanh ngôi sao. Thêm một vài tia sáng như vậy nữa và lớp vỏ sẽ trở nên dày đặc hơn. Cuối cùng, ngôi sao phát nổ và một đám mây khí dày đặc bao bọc hoàn toàn lõi của nó.
“Khi một ngôi sao phát nổ, tác động làn sóng nổ va chạm với đám mây khí dày đặc giống như một viên gạch đập vào bức tường bê tông. Tất cả điều này xảy ra trong pha khí ở nhiệt độ đáng kinh ngạc. Nhưng nơi xảy ra vụ nổ trở nên dày đặc và nguội đi đến 2000 độ C. Ở nhiệt độ và mật độ này, các nguyên tố có thể tạo mầm và tạo thành các hạt rắn. Chúng tôi tìm thấy những hạt bụi nhỏ cỡ 1 micron, rất lớn giá trị lớn cho những phần tử này. Với kích thước này, họ sẽ có thể sống sót trong hành trình xuyên thiên hà trong tương lai.”
Như vậy, các nhà khoa học tin rằng họ đã tìm ra câu trả lời cho câu hỏi bụi vũ trụ hình thành và tồn tại như thế nào.